Электродвигатели постоянного тока

Электродвигатели постоянного тока состоят из якорной обмотки (ротора с якорной обмоткой), статора, щёточного узла. Электродвигатели постоянного тока являются обратимыми электрическими машинами, то есть в определенных условиях способны работать как генераторы.

На статоре электродвигатели постоянного тока располагаются в зависимости от конструкции:

- постоянные магниты
- обмотки возбуждения — катушки, наводящие магнитный поток возбуждения

Электродвигатели постоянного тока различаются по способу коммутации обмоток возбуждения. Вид подключения обмоток возбуждения существенно влияет на тяговые и электрические характеристики электродвигатели постоянного тока. Существуют схемы независимого, параллельного, последовательного и смешанного включения обмоток возбуждения.

Ротор любого электродвигатели постоянного тока состоит из многих катушек, на одну из которых подаётся питание в зависимости от угла поворота ротора относительно статора. Применение большого числа катушек необходимо для обеспечения оптимального взаимодействия между магнитными полями ротора и статора.

В коллекторный узел объединяются выводы всех катушек. Коллекторный узел обычно представляет собой кольцо из изолированных друг от друга пластин-контактов, расположенных по оси ротора. Существуют и другие конструкции коллекторного узла.

Щётка — неподвижный контакт (обычно графитовый или медно-графитовый). Щёточный узел необходим для подвода электроэнергии к катушкам на вращающемся роторе. Щётки часто размыкают и замыкают пластины-контакты коллектора ротора, как следствие при работе электродвигатели постоянного тока происходят переходные процессы в обмотках ротора. Эти процессы приводят к искрению на коллекторе, что значительно снижает ресурс ДПТ. Искрение уменьшают выбором взаимного положения полюсов ротора относительно статора, а также подключением внешних реактивных элементов.

Кроме того, при больших токах в роторе электродвигатели постоянного тока возникают мощные переходные процессы, в результате чего искрение может постоянно охватывать все пластины коллекора, независимо от положения щёток. Данное явление называется кольцевым искрением коллектора. Кольцевое искрение опасно тем, что одновременно выгорают все пастины коллектора и срок его службы значительно сокращается. Визуально кольцевое искрение проявляется в виде светящегося кольца около коллектора. Эффект кольцевого искрения коллектора не допустим, при проектировании приводов устанавливаются соответствующие ограничения на максимальные моменты (а следовательно и токи в роторе), развиваемые двигателем.

Принцип работы заключается в следующем: на рамку с током, находящуюся в магнитном поле возбуждения статора, действуют силы, создающие момент на роторе. Зависимость частоты от момента на валу ДПТ, она отображается в виде графика. Горизонтальная ось (абцисс) — момент на валу ротора, вертикальная ось (ординат) — частота вращения ротора. Механическая характеристика электродвигатели постоянного тока есть прямая, идущая с отрицательным наклоном.

Механическая характеристика электродвигатели постоянного тока строится при определённом напряжении питания обмоток ротора. В случае построения мех. характеристик для нескольких значений напряжения питания говорят о семействе механических характеристик ДПТ. Зависимость частоты от момента на вале ДПТ. Отображается в виде график. Горизонтальная ось (абцисс) — напряжение питания обмоток ротора, вертикальная ось (ординат) — частота вращения ротора. Регулировочная характеристика ДПТ есть прямая, идущая с положительным наклоном.

Регулировочная характеристика электродвигатели постоянного тока строится при определённом моменте, развиваемом двигателем. В случае построения регулировочных характеристик для нескольких значений напряжения питания говорят о семействе механических характеристик электродвигатели постоянного тока.

Управление электродвигатели постоянного тока осуществляется по току в обмотке двигателя, который пропорционален напряжению, приложенному к этой обмотке. Реакцию двигателя на данное напряжение при определённом внешнем моменте можно увидеть на соответствующей регулировочной характеристике. Регулировочная характеристика показывает скорость, которую двигатель достигнет в установившемся режиме.